提出一種修正降雨特征衰減計算模型所需參數(shù)簡單有效的分析方法，基于西安地區(qū)降雨物理特性測量結果和等效介電常數(shù)模型，利用文中的方法計算得到了20GHz～50GHz的參數(shù)，和ITU推薦的數(shù)據(jù)作了比較并進行了分析討論，研究結果對精確評估降雨衰減特性有重要的理論意義和實用價值。
Ka 頻段通信具有通信容量大、波束窄、終端尺寸小和抗干擾能力強、電磁兼容性好、設備更易小型化、天線可以減小等優(yōu)勢，Ka 頻段通信將成為未來無線通信系統(tǒng)的主流方式。Ka 頻段無線通信系統(tǒng)遇到的難點之一是如何評估與克服對流層大氣對信號帶來的衰減問題，例如沙塵暴以及云、雨、雪、霧等水凝物產(chǎn)生的衰減效應，其中降雨產(chǎn)生的衰減尤為嚴重，降雨衰減甚至可以引起高達數(shù)十分貝的信號衰減，導致信號中斷，影響無線系統(tǒng)工作的有效性和可靠性。降雨衰減成為制約Ka波段電磁波開發(fā)、應用的一個顯著問題。
降雨衰減的評估精度依賴于特征衰減和等效路徑的精確評估，關于雨衰的預報模型不同國家的學者作了大量研究工作，文獻進行了詳細的描述。等效路徑評估主要依賴于雨胞的空間分布特性，而特征衰減計算模型所需參數(shù)與溫度、雨滴譜特征、頻率、仰角、極化等參數(shù)有關，由于降雨特性具有較強的地域性，不同的地貌、不同的氣候均有很大的差異，研究結果表明不同國家地區(qū)研究結果的差別較大，為了精確評估降雨衰減為對抗雨衰和降雨帶來的其他方面的影響，例如噪聲、去極化等其他效應，需要針對不同的地區(qū)開展特征衰減計算模型參數(shù)及等效路徑模型的研究。
本文提出一種在特定地區(qū)確定降雨特征衰減計算模型所需參數(shù)簡單有效的方法，結合西安地區(qū)降雨物理特征測量結果，利用等效介電常數(shù)模型計算的降雨衰減率和文中提出的方法，計算得到了20GHz～50GHz 特征衰減模型所需的參數(shù)，和ITU-R推薦的數(shù)據(jù)作了比較并且進行了分析討論，對精確評估降雨衰減特性有重要的理論意義和實用價值。
1、特征衰減率計算模型及參數(shù)修正的必要性
由Olsen 等把Mie 系數(shù)進行級數(shù)展開，在負指數(shù)雨滴譜尺寸分布下，得到了雨致特征衰減與降雨率的關系式中ah 、av 和bh 、bv 是水平極化和垂直極化的系數(shù)，θ 為鏈路仰角τ 為極化傾角。其中ah 、av 和bh 、bv 的取值與頻率、環(huán)境溫度、雨滴譜分布特征等參數(shù)有關，但是受頻率和雨滴譜分布特征的影響最為明顯，不同國家地區(qū)開展了確定這些參數(shù)的工作并給出了相應的結果，例如ITU-R、IEEE802.16cc-99/24、Din、Ajayi 等組織和學者研究給出了適用于不同雨滴譜的參數(shù)列表，圖1-圖4 是部分參數(shù)結果對比，從圖1-圖4 可以看出，不同組織和學者研究結果差別較大，這是由于降雨特性的地區(qū)差異特性所致的結果。
圖1 ah 隨頻率的變化關系
4、結論
計算降雨特征衰減的參數(shù)ah 、av 和bh 、bv 的取值與頻率、環(huán)境溫度、雨滴譜分布特征等參數(shù)有關，但是受頻率和雨滴譜分布特征的影響最為明顯，通過本文的測量、分析和計算結果可以看出，ITU-R推薦的參數(shù)計算其他地區(qū)相同降雨率的降雨衰減率差別較大，而且隨著頻率和降雨率的增加差別越來越大。以西安地區(qū)為例50 GHz 的信號在降雨率為50 mm/h 時特征衰減率差異可達到約6 dB，25 mm/h降雨率時特征衰減率差別可達3 dB。可以說明用ITU-R 推薦的參數(shù)計算其他地區(qū)的降雨衰減誤差不可忽略，為了更好地評估降雨衰減特性，非常有必要根據(jù)當?shù)亟涤晏卣鬟M行參數(shù)修正。本文提出一種確定降雨特征衰減計算模型所需參數(shù)簡單有效的分析方法，結合西安地區(qū)降雨物理特性測量果，利用等效介電常數(shù)模型計算的降雨衰減率和文中提出的方法，計算得到了20 GHz～50 GHz 的參數(shù)，和ITU-R推薦的數(shù)據(jù)作了比較并且進行了分析討論，對精確評估降雨衰減特性有重要的理論意義和實用價值。
